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2019/12/8 1:32

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ブラックホールは光でさえ重力に捕まると出られませんよね?そこで少し疑問に思ったのですが、光も物質のひとつなのですか?あまり宇宙の事とか分かりませんので分かりやすく教えてくださったら嬉しいです。回答よろ

天文、宇宙53閲覧

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たくさんの方回答ありがとうございます!もっともっと勉強します

お礼日時:2019/12/9 7:20

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光の正体は「量子」と考えれています。 「量子」とは エネルギーと物質の中間的な存在 またはその両方の特性を持つ存在の総称です。 19世紀には 光はる「波(エネルギー)」である と考えられていました。 しかし「光」には 粒子的な特徴もあり この事が当時の物理学では大きな謎でした。 この時、あの有名な アインシュタインが 「光は波であると同時に、粒子(光子)でもある」 と考える説を発表し その「波(エネルギー)」&「粒子的性質」を持つ存在を 「量子」と呼ぶようにしました。 この「光量子仮説」により アインシュタインは ノーベル物理学賞を受賞しています。 (※アインシュタインは「相対性理論」が有名ですが 「相対性理論」ではノーベル賞は得ていません) 現代では この説により「光」を使った 様々な製品(太陽光パネル・LEDなど)が 生産されていますね。 ///////////////////////////// 「光(光量子)」には 質量はありません。 その「光」をブラックホールが 吸い込む理由は 光は止まる事が出来ないからです。 光は「波」として特性から 空間を常に光速で伝播し続けます。 ブラックホールが周囲の物体を 吸い込むのは その周辺の空間を歪めているからです。 「光」はその歪んだ空間を通過すると その歪み方に沿ってしか進めないので 歪み方がある程度以上の状態の空間では 光はその歪み方によって 歪みの中心に向かって進むしか出来ない状態になるのです。 一方、いわゆる質量がある「物質」の場合は 質量がある物質は、その大小に関係なく 必ず周辺の空間が歪んでいます。 大きな質量では 大きく歪み 小さい質量では 小さく歪む差はありますが・・・ つまり2つの質量がある物体があれば その互いの空間を歪める作用が干渉して、 結果的に引き合う効果が生まれます。 この場合、互いの空間の歪み方で 引き合う作用が変わります。 つまり、地球の上にいる 体重50㎏の人は 地球と自分の体重分の歪みの干渉作用が (=引き合う力が)50㎏相当になる訳です。 従って質量が地球より小さい天体では 干渉作用が減るので そこでの体重は減少し 逆に質量が大きい天体では 体重は増す事になります。 この互いの干渉作用を 「引力」と言います。 つまり、物体とブラックホールの引き合う作用は 「物体とブラックホールの間の引力」ですが 光(エネルギー)とブラックホールの間には 「引力」はなく その代わりに「空間の歪みに沿ってしか進めない光の性質」により 光もブラックホールに落ちてしまう・・・という事ですね。

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「超ひも理論」では、光も物質も1本の超ひもの振動で表し計算します。 1本の超ひもの振動数が増えると、エネルギーが増加し質量も増えます。1粒の基本粒子の最大質量は、1本の超ひもがプランク時間tp(宇宙における時間の最小単位)×2π秒に1回振動するケースです。それをプランク質量mpと言います。 一方光のエネルギー量は、E=hf(h=プランク定数、f=光の周波数)と表わされます。つまり、光のエネルギーは、プランク定数×1秒間当たりの振動数です。 プランク定数1hは、6.629069×10^-34J*s(ジュール×秒)です。物質のエネルギーには、これを2πで割った換算プランク定数(ディラック定数)「ħ」が使われます。 ①物質のエネルギーE(ジュール)=(ħ)[J*s]×ω[rad/s] (ω=角周波数=2πf) です。 そして、ħ=h/2π=(6.629069/6.283184)×10^-34J*s =1.054571726×10^-34J*sです。 1秒間に1回振動する1本の「超ひも」である光のエネルギー量は、①より E(ジュール)=6.629069×10^-34[J*s]×1[回/秒]= 6.629069×10^-34[J] です。1本の「超ひも」の振動数が多くなる程エネルギーが大きくなります。 取り得る最大の角周波数を持つ1本の「超ひも」の質量を『プランク質量mp[㎏]= (2.17651×10^-8)㎏』(=1本の超ひもの最大質量)と言います。 この時、「超ひも」は時間の最小単位『プランク時間tp= (5.39106×10^-44)[s]』に1[rad]振動します。また、m㎏の質量はmc^2[J]のエネルギーに換わります。ですから ②最高角周波数の1本の「超ひも」のエネルギーE[J]= (1ħ) [J*s]÷tp[s]=mc^2 です。 では、実際に、プランク時間tpに1[rad]振動する1本の超ひものエネルギーEを求めましょう。 ③(1ħ)/tp=(1.054571726×10^-34) [J*s]÷(5.39×10^-44)[s]=1.956534×10^9[J] ④mc^2=(2.17651×10^-8)㎏×(2.997924×10^8)[m/s]×(2.997924×10^8) [m/s]=1.956150×10^9[J] です。③=④となり、②が成立することが分かります。これで、「プランク時間に1[rad]振動する1本の『超ひも』は、1本の『超ひも』が取り得る最大質量(プランク質量mp)を換算したエネルギー(プランクエネルギーEp)を有する」ことが分かりました。 可視光線は、紫から赤までです。赤い光は3.9×10^14Hz(ヘルツ)・紫の光は7.9×10^14Hz(ヘルツ)です。1Hzは1秒間に1回振動する光です。そのエネルギー量が、6.629069×10^-34J(ジュール)であることは、既に説明しました。 赤い光の1秒当たりの振動回数f回/秒=3.9×10^14回 紫の光の1秒当たりの振動回数f’回/秒=7.9×10^14回 です。ですから 赤い光のエネルギー量E=h[J*s]×3.9×10^14[回/s]=2.584166×10^-19[J] 紫の光のエネルギー量E’=h[J*s]×7.9×10^14[回/s]= 5.234594×10^-19[J] です。これを質量に直すには、E=mc^2⇒m=E/c^2を使います。 赤い光の質量m= 2.584166×10^-19[J]÷c^2=2.584166×10^-19[J]÷{(2.997924×10^8)[m/s]}^2=2.875272×10^-36[㎏] 紫の光の質量m’= 5.234594×10^-19[J]÷c^2=5.234594×10^-19[J]÷{(2.997924×10^8)[m/s]}^2=5.824270×10^-36[㎏] です。これで可視光線は、2.875272×10^-36[㎏]から5.824270×10^-36[㎏]までの質量を持つことが分かりました。 従って、光も重力質量を持ち重力によって落下することが分かります。 詳細は、下記のホームページを参照下さい。 http://catbirdtt.web.fc2.com/hikarikarabussituhe.html

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光は、光子です。粒子であり波動です。質量はゼロです。最大速度は決まっていますが、波長が伸びると速度は変わります。 そういう意味の物質です。 ブラックホールの近傍では、時空間に歪みがあるので、直進しているように見えても、波長が変わり、速度が変化しています。

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ブラックホールに落ちる光も実は空間を直進しています。つまり光が重力に捕まっているのではなく、空間そのものが重力でねじ曲がっているからです。

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